沥青混合料车辙性能试验研究

古扎拉衣

摘要：文章从沥青混合料的配合比设计出发，针对所选取的研究对象AC-13基质沥青的配合比设计进行试验研究，分析了沥青混合料高温车辙病害的影响因素，并提出预防建议。

关键词：沥青混合料;车辙病害;性能

0 引言

由于沥青路面路用性能较好，因此在道路建设中得到较为广泛的应用。随着交通量不断增加，超载问题以及渠化等现象对路面损害较为严重，再加上高温天气的影响，目前在沥青路面早期病害问题中，车辙病害已成为主要病害类型之一[1]。

1 沥青混合料配合比设计

本文选取了AC-13沥青混合料作为研究对象，针对其配合比进行了如下设计。

1.1 级配的选取以及矿料的用量计算

针对《公路沥青路面施工技术规范》，通过对集料以及矿粉比例的调配，得到级配曲线，如图1所示。

1.2 马歇尔试验

在4%～6%的范围内以间隔0.5%的方式选取油石比，按每一种油石比制作马歇尔试块，对其物理以及力学指标进行测定，从而得到马歇尔试验的试验结果，如表1所示。

1.3 最佳沥青用量的确定

按马歇尔实验结果，描绘出沥青用量与其混合料物理指标的关系曲线图，如图2所示。限于篇幅，本文仅列出部分数据。

沥青用量在5%时具有最大的稳定度，沥青用量在5.5%时具有最大的密度值，沥青用量在4.5%得到目标空隙率，沥青用量在5.1%得到其饱和度中值，可得沥青用量的初始值为5.0%。

从实验结果可知，沥青用量在范围4.5%～5.2%时，其各指标符合技术规范标准，即沥青用量的中间值为4.6%。

综合考虑上述分析，确定沥青最佳用量为4.8%。

[BT（2+1]2 软化点和温度对沥青混合料高温抗车辙性能的影响

对沥青混合料的高温稳定性影响最大的因素即环境的温度[2]。沥青混合料的模量在温度越高的情况下模量越低，从而导致其出现较低的抗车辙性能。鉴于前人对沥青混合料的高温稳定性与周围环境关系之间的研究表明，当沥青混合料在周围环境温度为40℃～60℃的背景下提高5℃时，将会导致其变形量有2倍的增长。大量车辙试验表明，沥青路面多在夏季高温时出车辙，当温度在30℃以下时，车辙出现程度将有所降低，而当环境温度在38℃以上时，车辙有较快的增长，若温度在40℃的话，沥青路面在短时间内就会有严重的车辙病害出现[3-4]。针对上述现象，本文将以温度为自变量进行车辙试验，并根据研究成果提出防治措施。

在该次试验中，本文所选的试验仪器为ZCZ-10型车辙仪，试验步骤遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T0719-1993）。所得结果如表2所示。

3 试验结果分析

据上述试验结果可知，两种沥青混合料在温度升高时均表现出动稳定度有所降低，且变形量有所上升。对于AC-13级配改性沥青的试验结果可知，比起基质沥青混合料的抗车辙性能而言，该改性沥青具有更优的性能，其动稳定度在60℃有将近8倍的增长，变形量有接近70%的下降，表明对于沥青混合料而言，混合料的性质对其高温抗车辙性能有较为重要的影响[5]。

3.1 沥青混合料的软化点对动稳定度的影响

两种沥青混合料在温度升高时表现出相似的动稳定度变化趋势。从图3可看出，该变化曲线基本可分为三段直线，其斜率分别经历了从小到大，从大到小的过程，其转折点刚好位于沥青混合料各自温度周边范围。动稳定度的降低速率可由直线斜率较为直观地反映，即沥青混合料在温度变化时的抗车辙性能的敏感程度，沥青混合料动稳定度的下降速率在其软化点周围达到最大。沥青混合料抗车辙性能在其软化点温度周围±3℃内是最为敏感的区间。分析原因可知，其主要原因在于沥青混合料主要由集料与集料之间的嵌挤力及其与沥青的粘结力组成了沥青混合料的抗车辙性能。集料与集料之间在试验温度范围内仅具有较小的嵌挤力变化，可将其值视为定值。随着温度的升高，沥青结合料的粘结力有所降低，沥青结合料的粘结力在温度达到沥青软化点前仅具有较小的下降速率，沥青混合料的温度-动稳定度在该温度区间内具有较平缓的曲线，动稳定度仅具有小幅度的减少;当沥青结合料处于其软化点温度范围内时，其基本表现为流动状态，粘结力下降速度增快，使沥青结合料在软化点温度附近表现出抗车辙能力下降的现象;当温度在软化点温度以上时，沥青混合料主要由集料与集料之间的嵌挤力来提供其抗车辙性能，粘结力所提供的抗车辙性能很小，虽然其粘结力仍然表现出不断下降的现象，但比起沥青混合料总抗剪强度而言，其仅占据了较小的比例，因此该阶段动稳定度仅具有较小的下降速度[6]。此时，沥青的润滑能力随着沥青黏度的降低而有所提高，进而使得集料与集料间的内摩擦角表现出下降的现象，这是导致其抗车辙能力有所减少的原因之一。

3.2 试验温度对车辙试验总变形量的影响

从图4中可知，两条曲线具有同一个特点，即当试验温度在某一温度以上时，沥青混合料的车辙变形量有较为巨大的增长，而沥青混合料抗车辙性能的突变点温度就在其软化点温度周边。SBS改性沥青混合料在试验温度到达其软化点温度之后，其抗车辙能力表现出急剧上升的现象，在温度持续变化之后，曲线的增加幅度则逐渐变得平缓。当基质沥青混合料在试验温度到达其软化点温度之后，沥青混合料的变形量表现出上升的趋势，表明沥青混合料的高温稳定性受到沥青混合料软化点温度的影响，即沥青混合料的软化点是评价其高温稳定性的重要指标。

根据上述试验结果可知，当沥青混合料所处温度接近其软化点温度时，沥青混合料在一定程度上将表现出流动性，导致其高温抗车辙性能有所降低。此时，当荷载作用在沥青路面时，将会导致沥青路面有车辙出现。翻阅资料发现，长期累积的行车荷载并不是沥青路面车辙产生的主要原因，在高温季节时短时间内所出现的较深车辙的主要原因在于沥青混合料所处的周围环境温度已达到其软化点温度，导致沥青混合料表现出抗车辙性能急剧降低的现象。

4 结语

基于上述试验结果，对于沥青混合料在高温季节预防车辙出现的措施，本文给出以下几点建议：

（1）在设计沥青混合料时，应采取具有较高软化点的材料或采取措施使沥青混合料的软化点得到提高，使其软化点温度比地面最高温度高。

（2）对于高速公路运营方面，当沥青路面的实际温度比其软化点的温度大时，应控制重载车辆的通行。

（3）采取措施使沥青路面的温度降低，如使沥青路面的颜色通过技术措施处理之后有所变浅，或通过向路面洒水的方式使沥青路面的温度始终比其软化点低，以减少车辙产生。

参考文献：

[1]易 斌.沥青混合料高温稳定性评价方法研究[D].苏州：苏州科技大学，2019.

[2]周 旭.添加抗车辙剂对沥青混合料性能的影响研究[J].市政技术，2019，37（3）：242-244.

[3]杨墉金，邓明伟.温度对沥青混合料抗车辙性能影响的试验研究[J].北方交通，2019（1）：60-63.

[4]易 斌，张 鹏，沈菊男.瀝青混合料抗车辙性能评价研究综述[J].山西建筑，2018，44（34）：97-99.

[5]余 华.沥青混合料抗车辙性能常用试验方法综述[J].四川建筑，2018，38（5）：227-230.

[6]宋云连，吕 鹏，张 扬，等.温拌沥青混合料高温性能试验研究[J].公路工程，2018，43（5）：69-73，180.